自動調諧接地變壓器在配電網中的應用

陳景印

（單縣供電公司，山東 單縣 274300）

0 引言

在10kV配電網大多數采用中性點不接地運行方式并運行了較長時間，這種運行方式，由于單相接地時允許短時間內帶故障運行，因而大大提高了系統供電可靠性。

但隨著電網的不斷發展，電力需求的不斷提高，電網線路的增長速度非常快，同時城網改造電纜的應用得到了快速發展，致使變電所10kV系統產生的接地電容電流的數值不斷增加，單相接地后流經故障點電流較大，電弧不易熄滅容易產生間隙性弧光接地過電壓由于電磁式電壓互感器鐵芯飽和這就必然產生諧振過電壓，致使設備絕緣擊穿造成故障，開關跳閘停電事故，影響供電可靠性，也不適應無人值班變電所的要求。

針對上述情況即在中性點裝設消弧線圈，當發生單相接地時由于消弧線圈產生的感性電流補償了故障點的電容電流，因而使故障點的殘流變小，從而達到自然熄弧防止事故擴大的目的。無人值班變電所采用自動調諧接地補償裝置能較好地解決此類問題。

1 接地變壓器型式的選擇

消弧線圈接地系統必須要有電源中性點，而110kV變電所主變聯結組別普遍為YN、d11，所以10kV側無中性點引出，必須采用接地變提供人工中性點來接消弧線圈，如果利用普通的三相芯式結構的配電變壓器將高壓中性點引出，在其中性點接消弧線圈，則當發生單相接地時流過變壓器的三相同方向的零序磁通，經過油箱壁、絕緣油及空氣等介質形成閉合回路，會在油箱壁等處產生附加損耗。這樣損耗是不均勻的，必然要形成局部過熱，影響變壓器的正常運行和使用壽命，所以規程規定接此類接地變壓器的消弧線圈容量不應超過變壓器容量的20%，如果采用YN、d聯結的變壓器作為人工中性點時情況要好些，零序磁通可以在二次三角組內形成閉合回路，使一、二次組的零序磁通易平衡。這種聯結零序阻抗小，但是二次組三角形接線時照明和動力混合負載帶來麻煩，而且規程規定接入消弧線圈容量不得超過變壓器容量的50%因此這種方案使用不經濟。

為滿足消弧線圈接地補償的需要，同時也滿足動力與照明混合負載的需要，無人值班變電所采用Z形接線，ZN,Yn11接線的變壓器由于變壓器高壓側采用Z型接線，每相繞組由兩段組成，并分別位于不同相的鐵芯柱上，兩段線圈反極性相連，零序阻抗非常小，空載損耗低變壓器容量可以充分利用，并能夠調節電網的不稱電壓。

2 消弧線圈選擇

大部分無人值班變電所采用有載調壓式消弧線圈，調節檔位一般均大于9檔，加了調流范圍能夠達到最小的脫諧度，而且配有有載開關可以遠方自動操作。有載開關在預調方式下工作，即正常調諧是在系統不接地狀況下進行的，此時中性點上的位移電壓和電流很小，凡是在空載狀態下切換，安全可靠。消弧線圈調諧是由微機控制器自動控制的調諧時消弧線圈不須退出運行，針對無人值班變電所10kV系統情況采用自動調諧消弧線圈，在10kVⅠ、Ⅱ段母線上各裝一套，消弧線圈容量根據S=K1*K2*Ic*Up,315kVA－500kVA考慮到變電所負荷的波動情況，電流調節范圍取25－50A，補償電流的工作時間為2小時。

3 阻尼電阻選擇

正常運行時采用過補償方式消弧線圈接地回路串接阻尼電阻，以限制中性點電壓，保證脫諧度控制在5%（脫諧度=IL－IC/IC*%。）消弧線圈的位移電壓不大于相電壓的15%，故障點的殘流不大于5A（殘流＝電感電流IL－電容電流IC）。

4 自動調諧接地補償裝置的組成和基本原理

4.1 組成原理圖

圖1

4.2 基本原理

接地變是作為人工特點接入消弧線圈，且可當變電所的所用電使用（110kV湖西變電所使用）。消弧線圈電流通過有載開關調節，并實現遠方自動控制調節方式，在正常運行方式下，根據電網參數的變化，而隨時調節消弧線圈的分接頭到最佳位置，自動跟蹤和自動調諧利用微機控制器實現。通過測量位移電壓和中性點電流與電壓之間的相位，能自動計算、判斷、發出相應指令、自動進行調整、顯示有關數據，如電容電流、電感電流、殘流、位移電壓，還能追憶報警、自動打印，通過10kV分段開關輔助接點，自動聯機通過信號遠送、RCS-232接口，滿足無人值班變電所的需要，信號遠送調控中心站，方便值班員監視、判斷和異常處理。

規程規定：消弧線圈接地系統在正常運行情況下，中性點的位移電壓不得超過相電壓的15%，消弧線圈采用過補償運行方式，自動調諧接地補償裝置能夠實現全補償或很小的脫諧度，主要是由于在消弧線圈的一次回路中串入大功率的阻尼電阻，通過增大阻尼率來達到限制中性點位移電壓，使之限制在5%～10%之間，可實現全補償方式，這時的殘流最小，為最佳工作方式，接地時不會引起弧光過電壓。在低壓電網中，由于中性點不對稱電壓很小，為提高測量精度，采用了特制的中性點專用電壓互感器，為提高檢測靈敏度供微機裝置測量用。氧化鋅避雷器（作線性電阻）的采用，對欠補償下的斷線過電壓和傳遞過電壓都有明顯的抑制作用。采用直流接觸器接點并聯在阻尼電阻回路，主要防止多次發生單相接地時流過很大電流，損壞阻尼電阻，這時必須將阻尼電阻短接，隔離開關主要用于投切消弧線圈。

4.3 C相接地后消弧線圈動作原理介紹

圖2 中性點經消弧線圈接地10kV系統C相接地電路圖

圖3 中性點經消弧線圈接地10kV系統C相接地向量圖

如上圖所示，C相單相接地故障時，Yc近等于無窮大，遠遠大于Ya、Yb、YN則中性點對地電壓為:

UN=－UC,

C相對地電壓為UCd＝0，

未接地相的A相對地電壓為

UAd＝UA+UN＝UA－UC＝1.732*UA 角度-30°

未接地相的B相對地電壓為

UBd＝UB+UN＝UB－UC＝1.732*UB 角度+30°

各相對地電壓的向量關系如圖所示，中性點經消弧線圈接地的三相系統發生單相接地時與中性點不接地系統一樣，即中性點電壓為相電壓，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓升高為線電壓，線電壓保持不變，無須立即中斷用戶供電，如圖向量圖可見，由于中性點經消弧線圈接地時相對地電壓與中性點不接地系統相對地電壓相同，單相接地故障時的電容電流也相同：

即 IC＝－（IcA+IcB）

ICA=ICA=1.732wCUx

IC=1.732IcA=3WCUx

如圖向量圖可見,消弧線圈處于電源C相電壓的作用下，有電感電流IL通過，且IL=－UN/JxL=UC/JxL=UC/JxL

此電感電流必定通過接地點成為回路，所以接地處的電流為電容電流IC與電感電流IL的向量和如圖接線圖所示。接地電容電流IC超前UC90°，電感電流IL滯后UC90°，IC和IL相角差180°，方向相反。向量圖所示在接地處IC和IL相互抵消，稱為電感電流對接地電流的補償。如果適當選擇消弧線圈檔位，可使接地處的電流很小或等于零，（殘流很小＝電感電流IL－電容電流IC流經接地點的電流）從而消除了接地處的電弧以及由它所產生的危害。

5 運行管理

（1）正常運行中，10kVⅠ、Ⅱ段全母線各段一套消弧線圈，因故停運接地變或消弧線圈時，必須得到調度的指令，按指令的運行方式倒閘操作。

（2）若消弧線圈微機調節裝置自動失敗，匯報調度取得同意，值班員到現場切換微機調諧裝置手動位置將消弧線圈調整，根據脫諧度和位移電壓的大小確定檔位。

（3）消弧線圈自動調諧裝置故障時，應停用消弧消弧控制裝置，此時可控硅不導通，不向系統提供補償電感電流。

（4）當變電所10kV系統有單相接地時，禁止操作或調節該段母線上的消弧線圈。10kV系統發生接地時應記錄接地時間、位移電壓、消弧線圈電流，并報告調度；無人值班變電所應迅速派人現場檢查處理。